电子技术基础设计报告简易拔河游戏机.doc

西北工业大学课 程 设 计 报 告题 目: 简易拔河游戏机 学 院: 班 级: 学生（学号）: 学生（姓名）: 学生（学号）: 学生（姓名）: 日期: 2011 年 12 月 29日摘 要我们设计的是模拟拔河游戏机，通过两个按键开关，以按键快慢来表示用力的大小，以七个LED灯表示绳子。开始时，中间的LED灯亮，表示绳子的中点，当其中一人获胜，即出现最边端的LED灯亮的情况后，锁定两个按键，按复位键后，解除锁定，数码显示管显示胜局数。我们设计的拔河游戏机是五局三胜制（可预置M局N胜制），当其中一方先胜三局后比赛结束，此时，按键锁定并且LED灯依次循环亮灭表示比赛结束，复位键按下之后才可以进行新一轮的比赛。关键词：拔河游戏机、闪烁、锁定、复位目录一、 课程设计目的4 二、 设计任务与要求4 三、 方案设计与论证4 四、 单元电路设计与参数计算7 五、 电路的安装与调试13 六、 遇到问题的解决方法14七、 结论与心得14八、 参考文献16 课程题目：拔河游戏机一、课程设计目的1)巩固和加深所学电子技术课程的基本知识， 提高综合运用所学知识的能力；2)培养学生根据课题需要选用参考书、查阅手册、图表和文献资料的能力，提高学生独立解决工程实际问题的能力3)通过设计方案的分析比较、设计计算、元件选绎及电路安装调试等环节初步掌握单实用电路的工程设计方法 4)提高学生的动手能力掌握常用仪器设备的正确使用方法，学会对简单实用电路的实验调试和对整机指标的测试方法，5)了解与课题有关的电路以及元器件的工程技术规范，能按课程设计任务书的要求编写设计说明书，能正确反映设计和实验成果，能正确绘制电路固等。二、实验任务与要求1）实验任务： 自选设备和主要原器件，设计一个完整的拔河游戏机。2）实验要求：1） 用排成一排的七个LED灯表示绳子。2） 用两个按键，分别为参赛的两名选手。3） 通过按动按键的快慢表示选手拔河力量的大小。4） 任何一方得胜后立即封锁按键，同时获胜方胜利局数记录值为1，直到复位按键按下后方可继续进行下一局比赛。5） 可预置N局M胜制；显示方式：2个一位十进制数显示。6） 全场比赛结束后封锁按键，然后LED灯移动闪烁。三、方案设计与论证 总体思路： 通过两个按键产生相应的CP脉冲（可以选择55单稳态电路对CP脉冲进行优化），分别通过两个计数器来统计脉冲数，将两个脉冲数运用减法器，产生 差值信号，将 差值信号接数据选择器（后面将要判断选择该信号还是循环信号），通过数据选择器后接译码器，译码器输出端对应相对的LED灯，而最边缘的两个LED灯输入作为新的CP脉冲信号，通过新的计数器来统计胜局数，并且这两个LED灯的输出端反馈到起始时的计数器来锁定按键。当记录胜局的计数器达到N局后（设为M局N胜制），通过输出端反馈来控制选择器，选择循环信号，使LED灯循环亮灭并锁定两个按键。用复位开关控制，起始时的两个计数器，用来判断是否开始游戏。设计图如下图所示，方案一： 电路的主体部分，当选手按键时，其中一个选手的按键进行加法计数，另一个选手的按键进行减法计数，七个LED灯分别接的74LS138的、。两个选手控制的计数器的输出，与比赛结束后控制的计数器的输出，通过2选1数据选择器74LS157输出到74LS138的数据输入端口。74LS138的输出端、通过非门之后分别连到用于控制记录选手获胜局数的计数器74LS161的cp脉冲输入端口。、再连到选手所控制的计数器的CT端，当一局比赛结束之后，封锁计数器，及封锁选手按键，直到复位按键按下后方可进行下一局比赛。进行获胜局数统计的两个74LS161的输出分别接到全加器74LS283的输入端的A组端口、B组端口。74LS283的输出端接比较器74LS85的其中一组输入端口，与另一组输入端口的输入数值进行比较，当两组端口输入相等时，当他们之和为预制比赛局数时，封锁控制端口，同时选择74LS157的另外一路输入信号，即LED灯闪烁显示。 方案二：电路的主体部分，当选手按键时，他们所控制的计数器都进行加法计数，其中一个计数值的高三位直接接到74LS283全加器的一组输入端口的低三位，高位接0，另一个计数值的高三位求反后接到74LS283全加器的另一组输入端口的低三位，高位接1，进位输入端口接1。即用一个选手的计数值家另一个选手的计数值的补码。七个LED灯分别接的是74LS138的、通过非门之后的输出。两个选手控制的计数器的输出，与比赛结束后控制的计数器的输出，通过2选1数据选择器74LS157输出到74LS138的数据输入端口。74LS138的输出端、通过非门之后分别连到用于控制记录选手获胜局数的计数器74LS161的cp脉冲输入端口。、再连到选手所控制的计数器的CT端，当一局比赛结束之后，封锁计数器，及封锁选手按键，直到复位按键按下后方可进行下一局比赛。进行获胜局数统计的两个74LS161的输出分别接到两个比较强74LS85的输入端的其中一组端口，当有一个选手的获胜局数与预置数相等时就停止比赛，封锁输入端口，LED灯闪烁显示。分析：因为要求即能进行加法计数，用能进行减法计数时，需要用到可逆计数器，考虑到这个电路比较复杂，同时又因为进行N局M胜制的过程中，方案一中的全场比赛结束的控制电路要求就算其中一名选手已获胜M局还是必须打满N局，才能结束比赛。而方案二中在比赛一方获胜M局之后就会结束所有比赛。 经过以上分析决定选择方案二。电路主体电路如下图所示四、单元电路设计与参数计算 比较、求差值、求补码、译码和显示电路如下 1、编码电路 通过两个按键产生计数器的CP脉冲，这里我们选择的是74LS161，输出端接到74LS283的输入端，将两个数据进行比较。 数据的比较当A=2，B=1（相当于7），则有A-B= 1，用补码表示=1 当A=2，B=2（相当于6），则有A-B= 0，用补码表示=0 当A=2，B=3（相当于5），则有A-B= -1，用补码表示=7 当A=1，B=2（相当于6），则有A-B= -1，用补码表示=7 当A=2，B=2（相当于6），则有A-B= 0，用补码表示=0 当A=3，B=2（相当于6），则有A-B= 1，用补码表示=1 求取2个数的差值时，只能使用补码计算当0010-0001=0010+（1111）补码 =0001当0010-0010=0010+（1110）补码 =0000当0010-0011=0010+（1101）补码 =1111当0001-0010=0010+（1110）补码 =1111当0010-0010=0010+（1110）补码 =0000当0011-0010=0010+（1110）补码 =0001 2、整形电路 消除抖动电路原因： 方法： （1）利用55定时器的单稳态电路 （2）利用55定时器的多谐振荡电路 3、译码电路 选用3-8线译码器。译码器的输出接七个发光二极管，由刚才的编码过程可知Q4 不接二极管，其余输出端利用卡诺图可知对应哪个LED灯。比赛开始事，中间LED亮。 4、控制电路 为指示出谁胜谁负，需用一个控制电路。当亮点移到任何一方的终时，判该方为胜，此时双方的按键都无效（被锁定）。此电路可用74LS08（与门）实现。将双方终端的低电平接至与门的两个输入端，当获胜一方为“0”时，与门输出为“0”，此信号送至两个74LS161的置数端ET，于是计数器停止计数，处于预置状态，由于计数器数据端和输出端对应连接，输入就是输出，从而计数器对输入脉冲不起作用。 在比赛结束时，由于需要使LED灯依次闪烁，则在编码器与译码器之间需要接入数据选择器。在运行时，通过胜负显示输出端通过与门和或门（74LS32）来控制数据选择器的地址端。当正常比赛时，选择器选择74LS283的输出信号，当有一方完成N局后，通过记录胜局的74LS161输出端信号，利用与门和或门，选择七进制计数器的输出端信号，这样即可完成控制电路。如下图所示 5、胜负显示 胜负显示由计数器74LS161和译码显示器构成。将双方终止指示灯正极输出后分别接到2个74LS161计数器的CP信号输入端，74LS161的两组8421BCD码分别接到实验箱中的两组译码显示器的8、4、2、1插孔上。当一方取胜时，该方的终端指示灯发亮，产生一个上升沿，使相应的计数器进行加一计数，于是就得到了双方取胜次数的显示，若1位数不够，则进行2位数的级联。 6、复位 两片74LS161的清零端接一个电平开关，作为一个开关的控制，进行多次比赛所需要的复位操作，使亮点返回中心点。 利用实验箱的电源开关，作为显示器的复位，来控制胜负计数器使其重新计数。 总电路图如下图所示，五、电路的安装与调试首先领取电路所需的元器件，按照电路图所示连接电路，我们采取的是分割之后，每个人连一半，连好之后进行整体连接。当我们练好之后，我们发现除了很大的问题。比想象中的差了好多。我们线检查了电源，发现好多芯片的Vcc和GND都没有连接，连上之后，虽然好了很多，但是还是不能正常完成功能，接下来我们进行电路的分块检查。首先检查数码管的显示问题，当给它们对应的数器接上cp脉冲的时候，他们都可以正常显示。接下来检查当比赛结束时，用于封锁电路的输出是否正确，经过检查发现显示不正确，仔细检查了它的每个管脚之后，原来是有个衔接差了，改过之后连接正确了。这样，其中的一般电路连好了，我们也松了一口气了。然后就是检查另一半电路的问题了，经过连接cp脉冲的检查发现拔河功能能够正常实现。接下来就是整个电路的对接了，对接也没有问题。 但是在比赛结束后，LED灯全亮，没有发生闪烁。然后，我们就检查了555多谐振荡器的输出，发现它一直输出的是高电平。检查了半天，电路的连接一点儿也没有问题。我实在不知道该怎么办了，就去问老师了，老师说这次实验完全靠你们自己，我不会帮你调试的。我感到很失望的回去了。回去想了半天，突然想是不是我们电路的输出周期太小了呢，我们算了一下，发现它的输出周期只有ms级左右，我想肯定是仿真和实际的差距，我们把电路中的电容换成了20M的以后，果然出现了闪烁显示。接下来，就是检查电路的整体功能的实现了，我们发现在拔河的比赛中，在全场比赛结束，即一方达到预置局数时，因为有时候反馈时间的快慢会让计数器记一下数在锁定。这是我们电路的不足。除了比赛完局数偶尔突变外，其他一切功能都很理想。六、遇到问题的解决方法 在实验过程中，我们遇到了不少问题，下面列举一下我们遇到的问题及解决方法： 问题一、仿真中电路连接结束后LED 灯不亮。 解决方法：经过我们的研究发现由于我们的现实经验不足，没有给LED串联电阻。实际情况下，LED的压降大约为2V左右，最大电流为20mA，而我们提供的高电平为5V，所以，需串接电阻150以上的电阻。通过仿真发现解决了问题。 问题二、在实验时，我们实际接LED时发现，在电路正确情况下还是不会亮。 解决方法：我们检查了电路，发现并没有什么错误，而且我们重新检测了LED，发现LED能正常发光（内部有电阻），后来我们又对电路分析了一下，发现7个LED都不会亮，我们检查了主电路，发现了问题所在，原来3-8线译码器输出低电平有效，而我们实验箱的LED是高电平有效，所以，我们在74LS138（3-8线译码器）的输出端都加入了非门。 问题三、在实验室完成电路后，有一方率先完成N局胜后，电路不能使LED正常闪烁。 解决方法：我们整体分析了这个电路，首先，可以进行比赛而且可以计数，说明编码部分，数据选择部分，译码部分和显示部分没有问题，那唯一的问题是出在了输入数据选择器的循环信号上，这样我们对该74LS161芯片的线路进行了检查，发现线路并没有连接错误，所以我们怀疑是芯片本身出错，故用仪器测试发现果然是仪器错误，后经老师解释才释然，由于制作原因，74LS161芯片极容易损坏。七、结论与心得本次课程设计对数字电子技术有了更进一步的熟悉，实际操作和课本上的知识有很大联系，但又高于课本，一个看似很简单的电路，要动手把它设计出来就比较困难了，因为是设计要求我们在以后的学习中注意这一点，要把课本上所学到的知识和实际联系起来，同时通过本次电路的设计，不但巩固了所学知识，也使我们把理论与实践从真正意义上结合起来，增强了学习的兴趣，考验了我们借助互联网络搜集、查阅相关文献资料，和组织材料的综合能力。本次实验过程中老师还教会我另一个道理，那就是实验的过程中遇到问题不要总问其他人要自己多思考，仔细检查，找出问题的症结所在，切实提高自己的动手能力。现在都有些庆幸，当时老师没有给我指导，而是让我自己去检查。我还学到了实验并不是想象中的那么简单，一个实验需要耗费好多的人力和时间，我们这个只是个一般的实验都有这么的问题，在工程中，有好多庞大的电路肯定有更多的问题需要解决，就需要我们花费更多精力去解决，需要我们有着充足的耐心去排除故障。 在这次实验中，我们利用三天时间前后进行了3次电路连接，可见该电路的连接复杂程度，我们也暴露了很多问题。首先，作为即将面向社会的大三学生，我们还不够细致，在这次实验中，有很多次连接芯片时连错了行，引发了不该有的问题。其次，我们的实际动手能力还是太差，其实拔河游戏机的整个电路图并不难理解，虽然这个实验是四个课程设计中利用芯片最多的设计，但是，原理很基础。由于动手能力差，我们制作引线时就花费了很长时间，有时候还会发生一些不算太大的事故。这些都是我们不该犯的错误，希望能够引起注意。还有，我们基础知识不够扎实，在这次实验中我们用到了74LS161，